Os materiais submetidos ao pré-tratamento geraram uma suspensão aquosa e a filtração dessa suspensão foi separada nas fases sólida e líquida (licor). Os licores
A
C D
91 resultantes da fibra de coco maduro, casca de coco maduro e casca de coco verde pré-tratadas por PA apresentaram variações de pH de 32,48%, 37,62% e 30,77%, respectivamente. Essas variações de pH no licor são oriundas do aumento da severidade do pré-tratamento, gerando maior quantidade de ácido acético. Os licores do cacto pré-tratado por PA apresentaram baixa variações de pH (7,32%), entretanto, os valores de pH dos licores do cacto foram próximos dos valores mínimos de pH encontrados nos demais materiais pré-tratados (Tabela 4.6), esse fato, indica a alta sensibilidade do cacto aos fatores de severidade utilizados no pré-tratamento.
A fibra de coco maduro pré-tratada por PA apresentou as maiores concentrações de glicose, xilose, arabinose, ácido acético, HMF e furfural nos licores de 0,13, 1,77, 1,09, 0,86, 0,09 e 0,76 g/L, respectivamente. Para a casca de coco maduro pré-tratada por PA, obteve-se as maiores concentrações de glicose, xilose, arabinose, ácido acético, HMF e furfural de 0,16, 1,90, 0,47, 1,29, 0,11 e 0,83 g/L, respectivamente. Com relação à casca de coco verde pré-tratada por PA, obteve-se as maiores concentrações de glicose, xilose, arabinose, ácido acético, HMF e furfural de 0,17, 3,03, 0,94, 1,18, 0,08 e 0,86 g/L, respectivamente. O cacto pré-tratado por PA, forneceu as maiores concentrações de glicose, xilose, arabinose, ácido acético, HMF e furfural de 2,87, 3,75, 1,29, 1,06, 0,54 e 0,94 g/L, respectivamente (Tabela 4.6). As maiores concentrações foram obtidas nos licores de cacto, indicando-se a maior sensibilidade do cacto ao pré-tratamento PA.
92 Tabela 4.6. Composições dos licores obtidos dos materiais pré-tratados por PA. (A) Fibra de coco maduro; (B) Casca de coco maduro; (C) Casca de coco verde; (D) Cacto
R0: fator de severidade; HMF: hidroximetilfurfural; GO: glicooligossacarídeos; XO: xilooligossacarídeos;
ArO: arabinooligossacarídeos; AcO: grupo acetil ligados aos oligossacarídeos.
R0: fator de severidade; HMF: hidroximetilfurfural; GO: glicooligossacarídeos; XO: xilooligossacarídeos;
ArO: arabinooligossacarídeos; AcO: grupo acetil ligados aos oligossacarídeos.
R0: fator de severidade; HMF: hidroximetilfurfural; GO: glicooligossacarídeos; XO: xilooligossacarídeos;
ArO: arabinooligossacarídeos; AcO: grupo acetil ligados aos oligossacarídeos.
Glicose Xilose Arabinose Ácido acético HMF Furfural [GO] [XO] [ArO] [AcO]
2,76 1 5,85 0,13 1,16 0,11 0,25 0,00 0,10 0,39 1,80 1,22 2,79 3,24 2 5,00 0,12 1,17 0,30 0,12 0,02 0,16 0,44 2,44 1,51 3,47 3,46 3 4,70 0,13 1,22 0,67 0,37 0,04 0,18 0,43 2,68 1,99 2,84 3,94 4 4,80 0,12 1,20 0,39 0,32 0,03 0,18 0,45 2,59 1,42 2,84 4,42 5 4,30 0,13 1,46 1,09 0,60 0,09 0,32 0,58 4,89 1,53 3,00 4,64 6 3,95 0,12 1,77 0,46 0,86 0,06 0,76 0,56 4,99 1,21 3,10 3,35 7 5,30 0,13 1,17 0,16 0,27 0,01 0,18 0,43 2,10 1,31 2,78 4,05 8 4,40 0,13 1,35 0,11 0,50 0,07 0,24 0,55 4,26 1,85 2,98 3,83 9 4,55 0,12 1,25 0,69 0,37 0,04 0,18 0,49 2,65 1,85 2,86 3,83 10 4,55 0,13 1,28 0,97 0,43 0,06 0,20 0,51 3,18 2,17 2,94
Experimento pH Fase líquida (g/L)
Ro
Glicose Xilose Arabinose Ácido acético HMF Furfural [GO] [XO] [ArO] [AcO]
2,76 1 5,45 0,13 1,17 0,11 0,27 0,02 0,18 0,42 2,04 1,18 2,79 3,24 2 4,65 0,13 1,18 0,18 0,30 0,02 0,18 0,43 2,53 1,21 2,75 3,46 3 4,40 0,14 1,20 0,26 0,33 0,02 0,18 0,49 3,37 1,28 2,93 3,94 4 4,70 0,14 1,21 0,19 0,30 0,03 0,18 0,40 2,63 1,18 2,78 4,42 5 3,70 0,15 1,90 0,41 0,69 0,05 0,52 0,54 16,52 1,20 4,39 4,64 6 3,40 0,16 1,41 0,36 1,29 0,11 0,83 0,61 13,55 1,01 4,31 3,35 7 5,10 0,13 1,16 0,13 0,27 0,02 0,16 0,39 2,07 1,16 2,72 4,05 8 3,80 0,16 1,47 0,47 0,53 0,03 0,30 0,48 11,35 1,15 3,83 3,83 9 4,20 0,14 1,23 0,32 0,37 0,02 0,19 0,45 6,85 1,24 3,08 3,83 10 4,15 0,14 1,24 0,34 0,37 0,02 0,21 0,50 5,52 1,27 3,12
Ro Experimento pH Fase líquida (g/L)
Glicose Xilose Arabinose Ácido acético HMF Furfural [GO] [XO] [ArO] [AcO]
2,76 1 5,20 0,13 1,15 0,16 0,33 0,01 0,16 0,38 1,85 1,24 2,78 3,24 2 4,45 0,13 1,18 0,40 0,29 0,02 0,16 0,46 2,92 1,64 2,88 3,46 3 4,15 0,13 1,21 0,56 0,32 0,02 0,18 0,51 4,15 2,23 3,05 3,94 4 4,25 0,13 1,20 0,39 0,30 0,02 0,18 0,49 3,27 1,60 2,89 4,42 5 3,80 0,14 1,79 0,93 0,62 0,05 0,38 0,61 11,56 1,20 3,93 4,64 6 3,60 0,17 3,03 0,53 1,18 0,08 0,86 0,65 11,03 1,12 3,76 3,35 7 4,65 0,14 1,16 0,18 0,26 0,04 0,18 0,42 3,10 1,33 2,82 4,05 8 3,90 0,13 1,50 0,94 0,48 0,03 0,32 0,61 9,27 1,59 3,64 3,83 9 4,10 0,13 1,26 0,66 0,36 0,04 0,18 0,51 5,39 1,54 3,09 3,83 10 4,00 0,13 1,28 0,70 0,38 0,04 0,20 0,55 5,68 1,67 3,15 Experimento Ro pH Fase líquida (g/L) A C B
93
R0: fator de severidade; HMF: hidroximetilfurfural; GO: glicooligossacarídeos; XO: xilooligossacarídeos;
ArO: arabinooligossacarídeos; AcO: grupo acetil ligados aos oligossacarídeos.
Os materiais pré-tratados por PA apresentaram correlações entre as reduções de pH dos licores e o aumento nas concentrações de xilose, arabinose, ácido acético, HMF, furfural, GO (glicooligossacarídeos), XO (xilooligossacarídeos), ArO (arabinooligossacarídeos) e AcO (grupo acetil ligados aos oligossacarídeos) nos licores. Cybulska et al. (2010) relatam a importância de se monitorar e controlar o pH para maximizar a solubilização da fração hemicelulósica do material. Cara et al. (2007) relataram a redução de pH dos licores oriundos de materiais pré-tratados por PA, correlacionado ao aumento na concentração de produto da degradação da hemicelulose (furfural). Esses resultados foram similares aos resultados obtidos neste trabalho (Tabela 4.6).
Os licores da casca de coco verde, fibra de coco maduro e casca de coco maduro apresentaram aumento nas concentrações de xilose, arabinose, ácido acético, HMF, furfural, XO e AcO, consequentemente, maiores concentrações de açúcares totais quando submetidos aos maiores fatores de severidades. Além disso, apresentaram maiores concentrações de oligossacarídeos em comparação aos monossacarídeos a partir do aumento do fator de severidade. Esses resultados também são correlacionados à redução de pH do licor. Reduzida quantidade de celulose ou hemicelulose foi degradada em GO oriundo da casca de coco verde, fibra de coco maduro e casca de coco maduro. Resultados similares foram obtidos em palha de centeio pré-tratada por PA (Gullón et al., 2010). Os licores de cacto
Glicose Xilose Arabinose Ácido acético HMF Furfural [GO] [XO] [ArO] [AcO]
2,76 1 4,10 1,73 1,72 0,16 0,27 0,06 0,22 0,22 3,67 1,96 0,28 3,24 2 4,00 2,67 2,84 0,53 0,35 0,08 0,24 2,49 7,56 5,12 0,94 3,46 3 3,90 2,52 2,77 0,87 0,58 0,23 0,22 3,30 6,89 4,51 0,90 3,94 4 4,10 1,74 3,01 0,45 0,34 0,21 0,20 3,52 5,14 3,33 0,62 4,42 5 4,00 2,43 3,75 1,09 0,78 0,44 0,70 5,46 5,06 0,73 1,30 4,64 6 3,80 2,72 3,71 1,29 1,06 0,54 0,94 5,96 5,47 0,23 1,20 3,35 7 4,10 2,79 2,83 1,10 0,31 0,21 0,38 5,07 6,20 3,62 0,50 4,05 8 3,90 2,87 2,87 1,05 0,67 0,41 0,38 6,34 7,15 2,82 1,53 3,83 9 4,00 2,36 2,78 1,07 0,51 0,24 0,24 5,84 7,26 4,01 0,96 3,83 10 3,90 2,16 3,05 1,11 0,52 0,27 0,26 5,92 7,75 3,60 0,87 pH Fase líquida (g/L) Ro Experimento D
94 apresentaram maiores concentrações de açúcares monoméricos, ácido acético, HMF, furfural, GO e ArO relacionados ao aumento do fator de severidade. Esses resultados também foram correlacionados a redução de pH.
Os oligossacarídeos e monossacarídeos presentes nos licores podem ser utilizados em processos biotecnológicos e tecnológicos, porém, possivelmente será necessário concentrá-los. Moure et al. (2006) relatam a possibilidade de uso desses açúcares nas indústrias farmacêuticas e alimentares. Além da possibilidade de uso desses açúcares nas produções de etanol e xilitol, porém, possivelmente será necessária a etapa de hidrólise enzimática sobre os oligômeros. Há também a possibilidade de aproveitar o ácido acético presente no licor.
4.3.4. Hidrólise enzimática
Os materiais utilizados no processo de hidrólise enzimática foram selecionados de acordo com o teor de celulose presente na fase sólida após o pré-tratamento PA (Tabela 4.4 e Figura 4.10). Dessa forma, foram selecionados os materiais submetidos ao fator de severidade de R0 = 4,64 (200 °C e 50 min), os quais resultaram na
composição de celulose em cacto, casca de coco verde, fibra de coco maduro e casca de coco maduro de 51,61%, 41,96%, 45,23% e 43,94%, respectivamente (conforme Tabela 4.4).
As conversões de cacto, casca de coco verde, fibra de coco maduro e casca de coco maduro em glicose foram 90,91% (0,43 g glicose/g material), 92,52% (0,43 g glicose/g material), 84,10% (0,42 g glicose/g material) e 89,20% (0,43 g glicose/g material), em 96 h de hidrólise enzimática, respectivamente (Figura 4.12). Os resultados obtidos nas hidrólises enzimáticas dos materiais pré-tratados por PA foram avaliados pela ANOVA e apresentaram diferença significativa no nível de confiança de 95,0%.
95 0 12 24 36 48 60 72 84 96 0 20 40 60 80 100 C o n ve rsa o e m g lico se (% ) Tempo (h) Fibra de coco maduro Casca de coco maduro Casca de coco verde Cacto
Fibra de coco maduro Casca de coco maduro Casca de coco verde Cacto
Figura 4.12. Conversão em glicose dos materiais pré-tratados por PA (200 °C e 50 min). Os materiais pré-tratados estão representados pelo ícone preto e os materiais in
natura estão representados pelo ícone branco
Os resultados apresentados na Figura 4.12 evidenciam acessibilidades dos materiais pré-tratados por PA ao ataque enzimático. E os resultados obtidos neste trabalho corroboram com os resultados relatados por alguns autores, como Cybulska
et al. (2010) usando S. pectinata pré-tratada por PA (210 °C por 10 min), obtendo
conversão em glicose durante a hidrólise enzimática de 97,96%, em 72 h. Romaní et
al. (2010) usando E. globulus pré-tratado por PA (200 °C), obtendo conversão em
glicose durante a hidrólise enzimática de 65,0%, em 96 h. Ruiz et al. (2012) usando palha de trigo pré-tratada por PA (180 °C por 30 min), obtendo conversão em glicose durante a hidrólise enzimática de 90,88%, em 96 h. Manzanares et al. (2011) usando resíduos de poda de oliveira pré-tratada por PA (210 °C por 10 min), obtendo conversão em glicose durante a hidrólise enzimática de 65,0%, em 72 h. Ding et al. (2012) usando a casca de coco submetida ao pré-tratamento térmico (autoclave a 121 °C durante 15 min), obtendo conversão em açúcares redutores durante a hidrólise enzimática de 0,12 g/g, em 48 h.
A casca de coco verde pré-tratada por PA apresentou maior conversão em glicose durante a hidrólise enzimática (92,52%), embora possua maior quantidade de
96 lignina entre os materiais utilizados (41,28%) (conforme Tabela 4.4), indicando a baixa influência dessa lignina contida no material pré-tratado por PA. Fato esse, influenciado pela relocalização da lignina na superfície do material ocasionado pelo pré-tratamento PA (Kristensen et al., 2008; Ruiz et al., 2013).
Além disso, a fibra de coco maduro pré-tratada por PA apresentou a menor conversão em glicose durante a hidrólise enzimática em comparação aos demais materiais utilizados (84,10%), porém a fibra de coco maduro pré-tratada por PHA-PHS (7,35% v/v de peróxido de hidrogênio em pH 11,5 por 1 h) apresentou a maior conversão em glicose na hidrólise enzimática em comparação aos demais materiais utilizados (76,21%). Esse fato evidência a necessidade de avaliar o material lignocelulósico em mais de um pré-tratamento.
Em relação a taxa inicial de hidrólise (dG/dt), que ocorre nas primeiras 12 h (concentração de glicose versus tempo), mostrada na Figura 4.13, para a fibra de coco maduro e casca de coco maduro foram 0,82 g/(L.h) e 0,91 g/(L.h), respectivamente. A casca de coco verde e cacto tiveram a taxa inicial de hidrólise de 0,95 g/(L.h) e 1,03 g/(L.h), respectivamente. Esses materiais, quando pré-tratados por PHA-PHS (7,35% v/v de peróxido de hidrogênio em pH 11,5 por 1 h) apresentaram maiores valores da taxa inicial de hidrólise máxima (conforme Figura 4.6), sendo para a fibra de coco maduro e casca de coco maduro de 1,49 g/(L.h) e 1,43 g/(L.h), respectivamente. Já a casca de coco verde e o cacto tiveram a taxa inicial de hidrólise de 1,28 g/(L.h) e 1,04 g/(L.h), respectivamente. Em comparação, Ruiz et al. (2012) relataram a taxa inicial de hidrólise da palha de trigo pré-tratada por PA de 0,47 g/(L.h), utilizando 30 FPU/g de celulose. Portanto, esses resultados demonstram a susceptibilidade dos materiais pré- tratados por PA ao ataque enzimático. Além disso, o cacto pré-tratado por PA apresentou a maior taxa inicial de hidrólise, quando comparado aos demais materiais pré-tratados por PA, porém consiste também no material com maior teor de celulose (51,61%) e menor teor de lignina (26,87%), possibilitando assim, a maior concentração de glicose inicial.
97 0 6 12 18 0 2 4 6 8 10 12 14 dG/dt= 0.95 g/(L.h) dG/dt= 0.91 g/(L.h) dG/dt= 1.03g/(L.h) dG/dt= 0.82 g/(L.h) G lico se (g /L ) Tempo (h)